MAKALAH PERPINDAHAN PANAS KONVEKSI ALAMIAH
DISUSUN OLEH:
EMPAYUS
061030400342
SAMPUSPITA SARI
061030400356 06103040035 6
DOSEN PEMBIMBING : Ir. AIDA SYARIF SYARIF M.T
TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SRI!I"AYA PERIODE 2012 # 2013
BAB I PENDAHULUAN 1. L$%$r L$%$r B&'$($ B&'$($)* )*
Perpin Perpindah dahan an kalor kalor dari dari suatu suatu zat ke zat lain seringkal seringkalii terjadi terjadi dalam dalam indu industr strii pros proses es.. Pada Pada keba kebany nyak akan an peng penger erjaa jaan, n, dipe diperlu rluka kan n pema pemasu suka kan n atau atau pengeluaran kalor, untuk mencapai dan mempertahankan keadaan yang dibutuhkan sewaktu proses berlangsung. Kondisi pertama yaitu mencapai keadaan yang dibutuhkan dibutuhkan untuk untuk pengerjaan, pengerjaan, terjadi umpamanya umpamanya bila pengerjaan pengerjaan harus berlangsung pada suhu tertentu dan suhu ini harus dicapai dengan jalan pemasukan atau pengeluaran kalor. kalor. Kondisi kedua yaitu mempertahankan keadaan yang dibutuhkan untuk operasi proses, terdapat pada pengerjaan eksoterm dan endoterm. Disamping perubahan secara kimia, keadaan ini dapat juga merupakan pengerjaan secara alami. Dengan demikian, Pada pengembunan dan penghabluran (kristalisasi) kalor harus dikeluarkan. Pada penguapan dan pada umumnya juga pada pelarutan, kalor harus dimasukkan. Bila dalam suatu sistem terdapat gradien suhu, atau bila dua sistem yang suhunya berbeda disinggungkan,maka akan terjadi perpindahan energi. Proses ini disebut disebut sebagai sebagai perpindaha perpindahan n panas (eat !rans"er) !rans"er).. Dari titik pandang pandang teknik (engineering), #nalisa perpindahan panas dapat digunakan untuk menaksir biaya, kelayakan, dan besarnya peralatan yang diperlukan untuk memindahkan sejumlah panas tertentu dalam waktu yang ditentukan. $kuran ketel, pemanas, mesin pendingin, dan penukar panas tergantung tidak hanya pada jumlah panas yang harus dipindahkan, tetapi terlebih%lebih pada laju perpindahan panas pada kondisi% kondis kondisii yang yang ditent ditentuka ukan. n. Berope Beroperasi rasinya nya dengan dengan baik baik kompo komponen nen%ko %kompo mponen nen peralatan, seperti s eperti misalnya sudu%sudu turbin atau a tau dinding ruang bakar, tergantung pada kemungkinan pendinginan logam%logam tertentu dengan membuang panas secara secara terus terus meneru meneruss pada pada laju laju yang yang tinggi tinggi dari dari suatu suatu permuk permukaan aan.. &uga &uga pada pada rancang%bangun (design) mesin%mesin listrik, trans"ormator dan bantalan, harus diadakan analisa perpindahan panas untuk menghindari konduksi%konduksi yang akan akan meny menyeb ebab abka kan n pema pemana nasan san yang yang berl berleb ebih ihan an dan dan meru merusak sakan an pera perala lata tan. n. Berbagai contoh ini menunjukkan bahwa dalam hampir tiap cabang keteknikan diju dijump mpai ai masal masalah ah perp perpin inda daha han n pana panass yang yang tida tidak k dapa dapatt dipe dipeca cahk hkan an deng dengan an
penalaran termodinamika saja, tetapi memerlukan analisa yang didasarkan pada ilmu perpindahan panas. Pada waktu mena"sirkan hasil ahir suatu analisa, kita perlu mengingat asumsi, idealisasi dan pengira%iraan yang telah kita buat selama mengadakan analisa tersebut. Kadang%kadang kita perlu mengadakan pengira%iraan keteknikan dalam penyelesaian suatu soal, karena tidak memadainya keterangan tentang si"at% si"at "isik. 'ebagai contoh, dalam merancang bagian%bagian mesin untuk pengoperasian pada suhu tinggi mungkin kita perlu memakai batas proporsional (propoyional limit) atau kuat%lelah ("atigue strength) bahannya dari data suhu rendah. una menjamin pengoperasian yang memuaskan dari bagian mesin ini, perancang harus menerapkan "aktor keamanan (sa"ety "actor) pada hasil yang diperoleh dari analisanya. Pengira%iraan semacam itu perlu pula dalam soal%soal perpindahan panas. 'i"at%si"at "isik seperti konduktiitas termal atau iskositas berubah dengan suhu, tetapi jika dipilih suatu harga rata%rata yang tepat , maka penyelesaian soal dapat sangat disederhanakan tanpa memasukan kesalahan yang cukup besar dalam hasil ahirnya. Bila panas berpindah dari suatu "luida ke dinding , seperti misalnya didalam ketel, maka kerak terbentuk pada pengoperasian yang terus menerus dan akan mengurangi laju aliran panas. $ntuk menjamin pengoprasian yang memuaskan dalam jangka waktu yang lama, maka harus ditrapkan "aktor keamanan untuk mengatasi kemungkinan ini. Dalam perpindahan panas ada tiga jenis perpindahan panas yaitu perpindahan panas dengan cara konduksi, koneksi, dan radiasi. Pada koneksi alami, akibat perbedaan temperatur akan terjadi perbedaan densitas dari "luida dan akan menghasilkan perpindahan panas ke atau dari suatu benda dari atau ke "luida. Berbeda dengan koneksi paksa, dimana kecepatan dari "luida ditentukan oleh gaya luar. 'edangkan gerakan "luida pada koneksi alami diakibatkan oleh kenaikan gaya apung akibat ariasi temperatur dan densiti dari partikel "luida. 'eperti pada koneksi paksa perpindahan "luida secara umum oleh gaya apung dapat berupa pola aliran laminer atau turbulen.
2. T+,+$)
!ujuan dari pembelajaran materi perpindahan panas secara koneksi alamiah yaitu*
+ahasiswa dapat menerapkan system dan aplikasi proses perpindahan
panas koneksi alamiah baik secara teori maupun secara praktek. +ahasiswa dapat menerapkan system dan aplikasi proses perpindahan
panas koneksi alamiah baik secara teori maupun secara praktek. +ahasiswa dapat memahami dan menjelaskan penyebab serta proses perpindahan panas koneksi alamiah.
3. P&r-$$'$/$)
Dalam penjabaran serta pemahaman materi mengenai perpindahan panas koneksi alamiah ini masih banyak menemui titik permasalahan yang hendak dicapai yakni bagaimana koherensi antara perhitungan dan penerapan perpindahan panas koneksi alamiah dalam pembelajaran di kehidupan sehari%hari untuk meningkatkan pemahaman materi pokok perpindahan panas koneksi alamiah (nature conection).
BAB II TIN"AUAN PUSTAKA
2.1 P&)*&r%$) P&r)$/$) P$)$
Perpindahan panas dapat dide"inisikan sebagai berpindahnya energi dari suatu daerah ke daerah lainnya sebagai akibat dari beda suhu antara daerah%daerah tersebut. Perpindahan panas pada umumnya mengenal tiga cara perpindahan panas yaitu, konduksi (conduction, juga dikenal dengan istilah hantaran), koneksi (conection, juga dikenal dengan istilah aliran), radiasi (radiation).
G$-$r 1. T*$ $r$ &r)$/$) $)$
2.2 P&r)$/$) P$)$ S&$r$ K)&( A'$-
Koneksi ialah pengangkutan kalor oleh gerak dari zat yang dipanaskan. Proses perpindahan kaor secara aliran-koneksi merupakan satu "enomena permukaan. Proses koneksi hanya terjadi di permukaan bahan. &adi dalam proses ini struktur bagian dalam bahan kurang penting. Keadaan permukaan dan keadaan sekelilingnya serta kedudukan permukaan itu adalah yang utama. azimnya, keadaan keseirnbangan termodinamik di dalam bahan akibat proses konduksi, suhu permukaan bahan akan berbeda dari suhu sekelilingnya. Dalam hal ini dikatakan suhu permukaan adalah ! dan suhu udara sekeliling adalah !/ dengan !l0!/. Kini terdapat keadaan suhu tidak seimbang diantara bahan dengan sekelilingnya. Perpindahan kalor dengan jalan aliran dalam industri kimia merupakan cara pengangkutan kalor yang paling banyak dipakai. 1leh karena koneksi hanya dapat terjadi melalui zat yang mengalir, maka bentuk pengangkutan kaor ini
hanya terdapat pada zat cair dan gas. Pada pemanasan zat ini terjadi aliran, karena masa yang akan dipanaskan tidak sekaligus di bawa kesuhu yang sama tinggi. 1leh karena itu bagian yang paling banyak atau yang pertama dipanaskan memperoleh masa jenis yang lebih kecil daripada bagian masa yang lebih dingin. 'ebagai akibatnya terjadi sirkulasi, sehingga kalor akhimya tersebar pada seluruh zat
G$-$r 2. Pr%7$ A'r$) K)&(
aju perpindahan kalor dihubungkan dengan beda suhu menyeluruh antara dinding dan "luida, dan kuas permukaan #. Besar h disebut koe"isien perpindahan%kalor koneksi (conection heat%trans"er coe""icient). 2umus dasar yang digunakan adalah
Keterangan* H= h A (Tw-T)
=hAT
* Perpindahan panas
h
* Koe"isien koneksi
#
* uas permukaan
!
* Perpindahan suhu
Pada perpindahan kalor secara koneksi, energi kalor ini akan dipindahkan ke sekelilingnya dengan perantaraan aliran "luida. 1leh karena pengaliran "luida melibatkan pengangkutan masa, maka selama pengaliran "luida bersentuhan dengan permukaan bahan yang panas, suhu "luida akan naik. erakan "luida melibatkan kecepatan yang seterusnya akan menghasilkan aliran momentum. &adi
masa "luida yang mempunyai energi terma yang lebih tinggi akan mempunyai momentum yang juga tinggi. Peningkatan momentum ini bukan disebabkan masanya akan bertambah. +alahan masa "luida menjadi berkurang karena kini "luida menerima energi kalor. 3luida yang panas karena menerima kalor dari permukaan bahan akan naik ke atas. Kekosongan tempat mas a bendalir yang telah naik itu diisi pula oleh masa "luida yang bersuhu rendah. 'etelah masa ini juga menerima energi kalor dari permukan bahan yang kalor dasi, masa ini juga akan naik ke atas permukaan meninggalkan tempat asalnya. Kekosongan ini diisi pula oleh masa "luida bersuhu renah yang lain. Pada koneksi alami, pergerakan "luida terjadi akibat perbedaan massa jenis, perpindahan dikarenakan perbedaan kerapatan.
G$-$r 3. P&r)$/$) $)$ ()&( 8$9 ()&( $($ 89 ()&( $'$-$/ 89 &)/$) 89 ()&)$
Proses ini akan berlangsung berulang%ulang. Dalam kedua proses konduksi dan koneksi, "aktor yang paling penting yang menjadi penyebab dan pendorong proses tersebut adalah perbedaan suhu. #pabila perbedaan suhu .terjadi maka keadaan tidak stabil terma akan terjadi. Keadaan tidak stabil ini perlu diselesaikan melalui proses perpindahan kalor. Dalam pengamatan proses perpindahan kalor
koneksi, masalah yang utama terletak pada cara mencari metode penentuan nilai h dengan tepat. 4ilai koe"isien ini tergantung kepada banyak "aktor. ¨ah kalor yang dipindahkan, bergantung pada nilai h. &ika cepatan medan tetap, artinya tidak ada pengaruh luar yang mendoromg "luida bergerak, maka proses perpindahan kaor berlaku. 'edangkan bila kecepatan medan dipengaruhi oleh unsur luar seperti kipas atau peniup, maka proses koneksi yang akan terjadi merupakan proses perpindahan kalor koneksi paksa. proses ini adalah dari nilai koe"isien h%nya. panas antara permukaan dengan "luida yang bergerak diatasnya, dimana gerakan "luida disebabkan langsung oleh gaya apung (Bouyancy 3orced) yang timbul akibat perubahan densitas
pengaruh
dari
ariasi temperatur aliran.
#lat penukar panas ini
bekerja pada kondisi koneksi alami untuk sisi udara pendingin. #lat penukar panas ini sebagianlsetengah tubenya dimasukkan kedalam isolator (styro"oam), sedangkan bagian luarnya ditutup rapat dengan plat ertical dalam saluran tertutup (enclosure). &adi udara luar hanya bersentuhan dengan plat datar tersebut. #lat penukar panas dalam pemasangannya lebih rigid sehingga lebih kokoh dan kuat, tetapi luas permukaan perpindahan panasnya berkurang. 2.3 P&r)$/$) P$)$ K)&( B&)$ &r+%$r
Perpindahan panas dengan cara koneksi antara benda yang berputar dan "luida di sekitarnya penting artinya dalam analisa termal mengenai poros, roda daya , rotor turbin, dan komponen 5 komponen berputar lainnya pada berbagai mesin 5 mesin. Koneksi dari sebuah silinder
horizontal berputar yang
dipanaskan telah diteliti oleh #nderson dan saunders. !urbulensi mulai muncul pada Bilangan 2eynolds kecepatan keliling R&7 7; D2# 6 sebesar kurang lebih 78 dimana w adalah kecepatan putar dalam rad-s. Dengan perpindahan panas
kecepatan kritik tercapai bila kecepatan keliling permukaan silinder menjadi kurang lebih setengah kecepatan koneksi bebas keatas pada sisi suatu silinder tidak bergerak yang dipanaskan. Dibawah kecepatan kritik koneksi alami biasa, yang becirikan bilangan grasho" biasa <* 8T = T > 9 D3# 2. Diatas kecepatan kritik bilangan reynoldy kecepatan keliling menjadi parameter
yang mengendalikan laju perpindahan
panas tersebut. Pengaruh gabungan bilangan 5 bilangan 2eynolds, prandtl dan grash o" pada bilangan nusselt rata %rata bagi sebuah silinder horizontal yang berputar didalam udara diatas kecepatan kritik dapat dinyatakan dengan persamaan *
Perpindahan
panas
dari sebuah piringan yang berputar telah diteliti secara
eksperimental oleh beberapa ahli seperti 9obb dan 'aunders dan secara teoriti kantara lain oleh +ills paceserta taylor. apisan batas pada piringan tersebut adalah
laminar dan tebalnya seragam pada bilangan 2eynolds putar dibawah
kurang lebih 8 :, pada bilangan 2eynolds yang lebih tinggi alirannya menjadi turbulen dan lapisan batasnya menebal seiring dengan bertambahnya besarnya jari jari. Bilangan nusselt rata rata untuk sebuah piringan yang berputar di udara adalah *
Dalam resim aliran turbulen pada sebuah piringan yang berputar di udara harga bilangan nusselt pada jari%jari r diberikan secara (akproksimasi) oleh
;
ukum pendinginan 4ewton ( Newton’s Law of Cooling ) Panas koneksi dapat dirumuskan dengan hukum pendinginan 4ewton ( Newton’s Law of Cooling ), dirumuskan aju perpindahan yang dinyatakan dengan
< = h # (!w % !>)
Dimana * < = aju perpindahan panas koneksi h = Koe"isien perpindahan panas koneksi
(w-m/ 89)
# = uas penampang (m /) ?! = Perubahan atau perbedaan suhu
(896 83)
2.4 ()&( B&$ $$ P&r-+($$) Mr)*
Percobaan%percobaan yang ekstensi" dilakukan oleh "ujii dan @mura (AA) untuk plat yang dipanaskan di dalam air pada berbagai sudut kemiringan. 'udut yang dibuat plat itu dengan bidang ertikal ditandai dengan Ө , dengan tanda positi" untuk menunjukkan bahwa permukaan pemanas menghadap ke bawah, seperti terlihat pada gambar dibawah $ntuk plat miring menghadap ke bawah dengan "luks kalor hamper tetap, didapatkan korelasi berikut untuk angka 4usselt rata%rata Ө CCo6 87r e Pr e cos Ө 8 Dalam persamaan di atas semua si"at kecuali diealuasi pada suhu rujukan !e yang dide"inisikan oleh !e = !w 5 8,/7 (! w % !>) Dimana !w adalah suhu dinding rat-rata ( mean wall temperature) dan !> adalah suhu aliran bebas6 ditentukan pada suhu ! w E 8,78 (! w % !>). untuk plat hamper horizontal yang menghadap ke bawah artinya CC o Ө F8o 8:r e Pr e 8 $ntuk plat miring menghadap ke atas, korelasi empiriknya menjadi lebih rumit. $ntuk sudut antara %7 dan %G7 o, korelasi yang memadai ialah $ntuk jangkau 87r e Pr e cos Ө 8. Besaran r c ialah hubungan rasho" kritis yang menunjukkan bila angka 4usselt mulai memisah dari hubungan laminar pada persamaan , dan diberikan pada da"tar berikut ini* Ө,derajat
rc
%7
7 H 8 F
%I8
/ H 8 F
%:8
8C
%G7
8:
$ntuk r e r c suku pertama persamaan I tidak dipakai. @n"ormasi lebih lanjut diberikan oleh JlietIFL dan Jera dan ebhart A7L. #da petunjuk yang menyatakan bahwa persamaan%persamaan di atas berlaku pula untuk permukaan bersuhu tetap. Pengukuran eksperimen dengan udara pada permukaan yang mempunyai "luks kalor%tetap 7L menunjukkan bahwa persamaan (G%I) dapat digunakan untuk daerah laminar apabila r H M kita ganti dengan r H M cos Ө, baik untuk permukaan panas yang menghadap ke atas, maupun yang menghadap ke bawah. Di daerah turbulen, dengan udara, didapat korelasi empiris berikut * 4u = 8,G ( Pr)-A
88 Pr 87
Dimana sama dengan untuk plat ertical, bila permukaan panas itu menghadap ke atas, bila permukaan panas menghadap ke bawah, digantin dengan cos/Ө. Persamaan (G%AG) disederhanakan menjadi kira%kira seperti yang disarankan dalam da"tar G% untuk plat ertical isothermal $ntuk silinder miring, data pada rujukan GI menunjukkan bahwa perpindahan kalor laminar pada kondisi "luks%kalor%tetap dapat dihitung dengan persamaan berikut* 4u = 8,:8 5 8,ACC(sinӨ),8IL(r l Pr)-AE-/(sinN),G7 untuk r Pr / H 8 C Dimana N ialah sudut yang dibuat silinder itu dengan garis ertical6 artinya, 8omenunjukkan silinder ertical. 'i"at%si"at diealuasi pada suhu "ilm, kecuali yang ditentukan pada kondisi sekitar Dalam peramalan koneksi%bebas dari permukaan miring masih terdapat berbagai ketidakpastian6 tebaran data%eksperimen sebesar O /8 tidaklah asing untuk rumus%rumus empiris yang dikemukakan di atas Perpindahan panas koneksi alami atau koneksi bebas adalah perpindahan 2.6 . K)&( B&$ $) A'r$) F'+$ P$$ P'$% V&r%($' Ketika suatu plat rata ertical dipanaskan maka akan akan terbentuklah suatulapisan batas koneksi bebas, Pro"il kecepatan pada lapisan batas ini tidak seperti pro"ilkecepatan pada lapisan batas koneksi paksa .Pada gambar /./ dapat dilihat pro"ilkecepatan pada lapisan batas ini,dimana pada dinding ,kecepataan adalah nol,karenaterdapat kondisi tanpa gelincir (no%slip)6 kecepatan itu bertambah terus sampaaimencapai nilai maksimum ,dan kemudian menurun lagi hingga nol pada tepi lapisan batas.Perkembangan awal lapisan batas adalah
laminar,tetapi suatu jarak tertentu daritepi depan ,bergantung pada si"at%si"at "luida dan
beda
suhu
antara
dinding
danlingkungan,terbentuklah
pusaran%
pu sara n ke lap isan ba tas tur bu le n pu n mu la il ah terjadi. 'elanjutnya, pada jarak lebih jauh pada plat it u lapi san batas menjadi turbulen sepenuhnya. +c.#dams
Konstanta 9 ditentukan pada tabel /. 'i"at%si"at "isik Diealuasi pada suhu "ilm !Q.$ntuk perkalian antara bilangan rasho" dengan bilangan Prandtl disebut dengan bilangan 2ayleigh (2a) yaitu *
9hurchill dan 9hu menyarankan bentuk korelasi dengan dua persamaan untuk koneksi bebas paada plat ertical. $ntuk daerah aminer pada jangkauan 8%2a8Fdan sesuai untuk semua angka Prandtl bentuknya adalah
!abel. Konstanta 9 dan n untuk persamaan F
'edangkan untuk daerah turbulen 2a8/ bentuknya adalah *
yang
berlaku
pada
jangkauan
8%
2.? P&r&$$) P&r)$/$) P$)$ K)&( A'$-$/ &)*$) K)&( P$($
Perpindahan panas koneksi alami mempunyai karakteristik yang berbeda dengan perpindahan panas koneksi paksa Pada koneksi paksa, laju perpindahan panasnya hanya tergantung dari kecepatan dan jenis aliran dan tidak tergantung dari sudut atau posisi bidang pemindah panas. 4amun pada koneksi alami, laju perpindahan panas sangat dipengaruhi oleh sudut permukaan bidang. Pada gradien temperatur yang sama, posisi tegak, horisontal ataupun miring, menghasilkan laju perpindahan panas yang berbeda. !ujuan pengujian ini adalah untuk mengetahui pengaruh posisi atau sudut bidang terhadap koe"isien perpindahan panas.
PERSAMAAN
#dapun persamaan dasar koneksi, adalah * T!@ T > / A 8T7 = T >9
Keterangan * R
= laju perpindahan panas
h
= koe"isien perpindahan panas koneksi
#
= luas permukaan
!w
= temperatur dinding
!>
= temperatur sekeliling
K)&( $'$-$/ $$ '$%# ')&r &r%($'
Bilangan rasho""*
dimana *
= percepatan graitasi
S
= iskositas kinematik
= -! = koe"isien ekspansi olume (K%) Koe"isien perpindahan kalor diealuasi dari *
Koe"isien perpindahan kalor koneksi bebas rata%rata untuk berbagai situasi dinyatakan dalam bentuk *
K)&( $'$-$/ $$ '$% /r)%$'
K)&( $'$-$/ $$ ')&r /r)%$'
$ntuk rentang yang lebih tinggi N+C 2 050 8GrC PrC 91#4
APLIKASI PERPINDAHAN KOVEKSI ALAMIAH
9ontoh aplikasi koneksi alamiah adalah %
Pada cerobong asap. Pembakaran-pemanasan yang terjadi pada bagian perapian membuat udara hasil pembakaran mengalir keatas mengikuti alur cerobong, sedangkan udara dari ruangan disekitar pembakaran akan terhisap kearah pembakar untuk menggantikan posisi udara yang keluar cerobong.
%
'istem entilasi rumah. Prinsip kerja * udara panas yang berada di dalam rumah bergerak ke atas dan keluar melalui entilasi. !empatnya kemudian digantikan oleh udara dingin yang masuk melalui entilasi. #rus koneksi udara inilah yang menyebabkan suhu udara di dalam rumah terasa lebih sejuk dan nyaman.
BAB IV KESIMPULAN
Perpindahan panas dapat dide"inisikan sebagai berpindahnya energi dari suatu daerah ke daerah lainnya sebagai akibat dari beda suhu antara daerah%daerah tersebut. Perpindahan panas pada umumnya mengenal tiga cara perpindahan panas yaitu, konduksi (conduction, juga dikenal dengan istilah hantaran), koneksi (conection, juga dikenal dengan istilah aliran), radiasi (radiation). Koneksi alamiah merupakan bentuk perpindahan panas yang disebabkan oleh beda suhu dan beda rapat saja dan tidak ada tenaga dari luar yang mendorongnya.
koneksi dipengaruhi oleh * a. uas permukaan benda yang bersinggungan dengan "luida (#). b. Perbedaan suhu antara permukaan benda dengan "luida ((!). c. Koe"isien koneksi (h), yang tergantung pada * ) iscositas "luida /) kecepatan "luida I) perbedaan temperatur antara permukaan dan "luida A) kapasitas panas "luida 7) rapat massa "luida :) bentuk permukaan kontak
TUGAS
9ontoh soal .
!aksirlah perpindahan kalor dari bola lampu pijar A8 T pada /G89 ke udara diam pada /G 89. #nggaplah ola ampu itu suatu bola dengan diameter 78 mm. Berapa persen rugi kalor karena koneksi bebas Penyelesaian Dari tabel B%A. Parameter yang diperlukan diealuasi pada ! " = (!s E ! ) = GG8 9
#ngka rasho" , dihitung dengan diameter bola sebagai panjang karakteristik , ialah
Persamaan de Dengan konstanta yang sesuai yang dipilih dari tabel C.I. jadi
Perpindahan kalor ialah
Persen kehilangan melalui koneksi bebas
ampiran Tabel. Sifat-sifat Gas pada Tekanan Atmosfer
!
9p,
,
,
k, Pr
8
3
8
9
%7
/.8G8H 8%
%GI
8.//AC
8./A7/
8.A:7IH 8
%F8
%/I
8.AGC
8./A/
8.:F8
A,:G7
8.88GFI:
8.///:
8.G7I
%88
%GI
8.8A
8./A8I
8.CFI8
C.8:/
8.88A7
8.IFIF
8.GIF
%8
%/I
8.8CC/
8./A8
.8GA
8.//
8.8/CG
8.788
8.G//
C8
/G
8.8GI7
8./A8/
./A
:.CC
8.87:
8.C7CG
8.G8C
G8
GG
8.8:/I
8./A8
.IFA
//.IC
8.8GI7
.7:
8.:FG
/:8
/G
8.877
8./A//
.7I:
/G.CC
8.8FAA
.A7G
8.:CF
I78
GG
8.8ACF
8./AIC
.::F
I.8:
8.8/A/
.:I:
8.:CI
/.
7
8.887IA/
8.8F:F
%/C8
8.GG8
'ebuah pemanas horizontal dengan diameter /,8 cm yang permukaannya dijaga pada suhu IC o9 dibenamkan didalam air yang suhunya /G o9. hitunglah rugi kalor koneksi bebas per satuan panjang pemanasU Penyelesaian * Diketahui * diameter (d) pemanas = /,8 cm = 8,8/ m !w = IC o9 !> = /G o9 Dari lampiran table #%F si"at%si"at air (zat cair jenuh) pada &.P olman hal.7FI 4ilai K= 8,:/I T-m o9 dan I/,// o9. 'uhu "ilm adalah
= /,AC H8 8 l-mI o9 pada temperature
r Pr =
H(
I
= (/,AC H8 8 l-mI o9)(IC 5 /G (8,8/ m) I = /,C H 8 : Dengan menggunakan da"tar G% konstanta (G%/7) untuk permukaan
isothermal pada &.P olman hal. I8A didapatkan 9= 8,7I dan m = 4u = 8,7I (r Pr)-A 4u = 8,7I (/,AC H88 l-mI o9)-A 4u = IC,A/7 h= h= h= /8 T-m / o9 jadi , perpindahan kalor adalah
= ( /8)V(8,8/)(IC%/G) = CI:,I T-m
B$K$ KW24
I.7 pemanasan gas oil dan straw oil dalam pipa adalah sebesar -/%in. pipa ips mengikuti persamaan(I.A/).
Dimana minyak tersebut diharapkan dapat mengalir pada 87: lb-hr I:,C o#P@ melalui %in. sementara temperature ips pipa dinaikkan dari C7.: sampai G.:o3. karena tidak adanya data perpindahan panas tambahan, hitung koe"isien perpindahan panas dalam in pipa ips. Bagaimana hal ini dibandingkan dengan nilai hi bila jumlah yang sama dari gas oil dalam -/%in. data akan ditemukan pada ilustrasi dalam bab iniU Penyelesaian * Diketahui * Berat aliran pada gas oil ,w= 87: lb-hr !emperature minyak pada inlet,t= C7.: o3 !emperature minyak pada outlet, t/ = G.:o3 !emperature rata%rata diluar permukaan, tw =/8C.F
&awab * 2ata%rata temperature minyak = 2ata%rata panas spesi"ik, c= 8,AII btu-(lb)( o3) R = wc(t/%t) = 87: H 8,AII(G,:%C7,:) = A,:I btu-hr !emperature permukaan dalam pipa,tp* @.D.o" X in. @P' = 8,:/ in* 1.D.=8,CA in
A.
+isalkan sebuah plat datar berukuran panjang 8,7 m dan lebar 8,7 m, dibuat ertikal pada udara luar yang suhunya I8 derajat 9. 'alah satu sisinya mendapat sinar matahari dan akibatnya temperaturnya naik dan konstan pada :8 derajat 9. 'ementara sisi yang satu lagi diisolasi. !entukanlah* a. b. c. d. e.
!ebal lapisan batas udara saat meninggalkan plat Koe"isien perpindahan panas rata%rata pada plat aju aliran massa udara keluar dari plat !emperatur udara rata%rata saat keluar dari ujung plat @ntensitas sinar matahari saat itu, jika radiasi dari plat diabaikan
Penyelesaian p = 8.7 m l = 8.7 m !Y = I8 89 = I8I K !s = :8 89 = III K !" = IC K Waluasi si"at pada !", k=8.8/C T-m /.K, (nu)=C.A H 8 %: m/-s, Z = /:./ H 8 %: m/-s , Pr = 8.G8I, = I.AA H
8%I
-K.
[ = . kg-m I a) !ebal lapisan batas \-l = : H (r]l-A) %-A
+encari bilangan tak berdimensi rasho", r =g (!s % !Y)H l I - / +aka, \ = l H : H (r-A) %-A
b) h Bilangan tak berdimensi 4usselt, 4u = h-k h = 4uMk-
Bilangan tak berdimensi 4usselt untuk aliran aminar, 4u] = 8.:C E 8.:G H (2a] -A) - E (8.AF/-Pr) F-:LA-F
+encari bilangan tak berdimensi 2aleigh, 2a] = g (!s % !Y)M I- Z
+aka, 4u] = 8.:C E 8.:GM(2a] -A) - E (8.AF/-Pr) F-:LA-F diperoleh, h = 4uMk- c) aju aliran massa udara, m]dot 'aya tidak menemukan korelasi langsung antara distribusi kecepatan dan lapisan batas. anya umumnya perpindahan panas koneksi bebas mengalami transisi dari aliran laminar dan turbulen. Karena itu kita gunakan bilangan tak berdimensi 2eynold untuk mencari kecepatan, 2e] = JM - (nu) J = 2e]M - , (dengan 2e transisi adalah /I88%A888, ambil angka terkecil) +aka, m]dot = #J[, Dengan # = \Mp d) temperatur udara keluar, !o aju perpindahan panas R = h#(!s % !Y) 4eraca energi untuk udara ?$ = R % T, T = 8 m]dotMcM(!Y % !o) = R, kapasitas panas udara, c = .88C k&-kg.K m]dotMcM(!Y % !o) = h#(!s % !Y)
!o = !Y % h#(!s % !Y) - m]dotMc e) @ntensitas matahari, berarti mencari temperatur permukaan pancaran matahari, !surr R]rad = R]koneksi = R R]rad = h#(!s % !Y) ^_M#(!surr % !s) = h#(!s % !Y) dengan _ merupakan konstantan boltzman #sumsikan ^ = +aka, _M(!surr % !s) = h(!s % !Y) !surr = h(!s % !Y)-_ E !s 4b. Point (c) dan (d) perlu peninjauan lagi, karena jika hanya menggunanakan pendekatan bilangan tak berdimensi 2eynold, kecepatan akan berariasi di 2e = /I88 sampai 2e = A888. Kecuali jika hendak dicari ariasi kecepatan tersebut, yang berarti ariasi perpindahan panas.
DAFTAR PUSTAKA
http*--el"ia%physics.blogspot.com-/8/-8/-koneksi.html http*--rezdy.blogsome.com-/88C-/-8:-koneksihttp*--www.scribd.com-Di]Ja-d-78:AII-:%Koneksi%#lamiah http*--www.no"rijon.org-teaching-download-'tudents-eat]!ransport]9onection. pd" http*--kuliahitukeren.blogspot.com-/8-8:-bilangan%bilangan%dalam%koneksi% alami.html http*--mesin.unnes.ac.id-Download-'#P/8PD3-Perpindahan/8Panas.pd"
http*--k8tiumb.blogspot.com-/88F]8]8F]archie.html(kristal) http*--isjd.pdii.lipi.go.id-admin-jurnal-7/8AC7F/.pd" http*--akurblogG:.blogspot.com-/8-8F-perpindahan%panas%pendahuluan.html http*--digilib.petra.ac.id-iewer.phpU page=`submit.H=:`submit.y=/7`submit=neHt`
